Resumen
vinculación Flip chip es el más deseable acercamiento directo adjunto de la viruta para reducir al mínimo el tamaño de la asamblea electrónica , así como mejorar el rendimiento del dispositivo. Para la mayoría de las aplicaciones de creación de prototipos no es rentable para su adquisición individual circuitos integrados (CI ) que son de soldadura - rechazada por esto por lo general requiere la compra de la oblea entera. Además, muchos sin envasar CI en forma de morir no están disponibles para su compra como una oblea entera para la soldadura posterior golpes . Como alternativa a la soldadura de golpes, los fabricantes de material de alambre de bonos han desarrollado el proceso de golpe de oro perno que permite un solo IC de ser golpeado de forma automática con hilo de oro 1- mil. Sin embargo , la rápida formación de frágiles de aluminio -oro ( Al- Au) intermetálicos a temperaturas elevadas (> 200 ° C ) se opone a la utilización de termocompresión unión flip chip debido a la falta de fiabilidad del enlace en la interfaz de plataforma del CI.
Para superar el problema intermetálicos en las pastillas del IC en materia de fianzas metalizado de aluminio, una de níquel electrolítico y oro proceso de recubrimiento se ha desarrollado para hacer una barrera de difusión de oro apropiada para el uso en circuitos individuales , el silicio sin envasar . Este proceso proporciona una capa de oro adecuada electrolítico para la aceptación de el hilo de oro montante baches , así como proporcionar la barrera necesaria para la formación de Al- Au intermetálicos . Una serie de experimentos se llevan a cabo utilizando níquel químico del contenido de fósforo diferentes para determinar que proporcionaría una capa de difusión óptima. Los datos se presentan comparando el oro de inmersión y recubrimiento autocatalítico procesos. obleas de prueba fueron montante golpeado y expuesto a temperaturas luego aceleró cortante prueba. níquel electrolítico , inmersión y autocatalítica chapado en oro los parámetros del proceso han sido optimizados para proporcionar las interconexiones de alta fiabilidad cuando se utiliza la termocompresión de alta temperatura flip-chip unión mueren a colocar método.
Introducción
El oro montante golpe proceso flip chip crea protuberancias de oro en el circuito integrado (CI ) mueren almohadillas de bonos. La suerte está a continuación, conectarse directamente a una tarjeta de circuito o sustrato. baches Oro montante están formados por un alambre de bonder utilizando una técnica modificada cable de unión . Este proceso permite individual, fuera de la plataforma que se mueren de oro montante golpeada. Este proceso es ideal para el desarrollo de productos y prototipos.
El aluminio es generalmente utilizado para la metalización de bonos IC almohadillas unión tapa de chips de oro chips genealógicos golpeado se puede lograr usando un adhesivo o por unión anisotrópico termocompresión . vinculación termocompresión es mucho más rápido que esperar para que el adhesivo anisotrópico de curar. Sin embargo , los bonos hecha con piel de espárrago que se realizan directamente sobre las almohadillas de bonos de aluminio no son fiables debido a la intermetálicos de oro de aluminio que se forman fácilmente a temperaturas de unión termocompresión (~ 300 ° C ) . Es bien sabido que la formación de aluminio- oro ( Al- Au) intermetálicos a temperaturas elevadas (> 200 ° C ) se degrada y compromete la fianza en el bulto de oro y una interfaz de panel de aluminio.
Una serie de Bajo topetón Metalización ( UBM ) los procesos han sido desarrollados para superar la formación de intermetálicos . UBM puede ser depositado por evaporación al vacío y técnicas de pulverización catódica o electrolítico e inmersión procesos de galvanoplastia . Sin embargo , la deposición de vacío no es adecuado para metalizado individuales mueren a causa de la cantidad de enmascaramiento pasos que requieren. Revestimiento metálico es una alternativa ideal para al vacío . Este artículo discute una de níquel electrolítico , chapado en oro de inmersión y autocatalítica proceso que fue desarrollado para la placa de pastillas de bonos de aluminio en circuitos individuales.
Fondo
Cuando el níquel electrolítico y el oro ( ENIG ) chapado de aluminio , un proceso zincation se utiliza para activar el aluminio expuesto ante el níquel se deposita . La capa de óxido de aluminio se retira y la superficie se activa a través del desplazamiento de zinc con una solución zincato . Un proceso de doble zincation se utiliza para asegurar la máxima adherencia . electrolítico de níquel ( ES ) es depositado de un baño de níquel hypophosphate -based. El ES es un proceso autocatalítico que químicamente deposita una aleación de níquel y fósforo en el aluminio zincado . El contenido de fósforo de la norma EN baños pueden ir desde 3% hasta un 15% . inmersión de oro se deposita a través de una reacción galvánica con el níquel electrolítico para depositar una fina capa de oro sobre el níquel. Para aplicaciones que requieren una capa gruesa de oro , tales como golpes de tachuela y alambre de unión , el oro electrolítico plateado autocatalítico es entonces sobre la capa de oro de inmersión.
La figura 1 muestra un crossection de un ENIG plateado IC . El IPC ENIG Especificación -4522 especifica 3 a 6 micras de níquel con 0,05 a 0,1 micras de oro de inmersión y 0.5-1.5 micras de oro autocatalítica .
Figura 1: Sección transversal de chapado en IC .
Puesto que todas las IC no se fabrican de la misma manera , los pasos del proceso ENIG placas tienen que ser adaptados a cada individuo de tipo IC . Las variaciones de la aleación de aluminio , el tamaño y el grosor de la almohadilla de bonos , materiales de pasivación y la almohadilla de bonos potencial eléctrico tiene que ser analizado. Sonda de marcas en las almohadillas de bonos y la contaminación también puede hacer placas difícil.
Procedimiento experimental
Un número de empresas que le ofrecen los procesos de recubrimiento patentado para ENIG chapado en aluminio. Los experimentos de siembra en el presente trabajo se llevaron a cabo utilizando uno de estos procesos patentados . baños de NE con el contenido de fósforo de 2-3% , 7-8 % y 11-12% fueron comparados. ES depósitos de oro , tanto de inmersión y autocatalítica fueron evaluados . Los pasos de preparación previa a la placa , los tiempos de siembra y la composición de la capa de metal fueron variadas. La fuerza de adhesión de las capas ENIG se evaluó midiendo la fuerza necesaria para corte de oro golpes montante del aluminio plateado almohadillas. La fiabilidad de la interfaz de teclado perno tope -a- plateado se evaluó mediante un ensayo de corte balón después de someter a los vehículos de prueba a varios ciclos de temperatura y permanece alta temperatura.
obleas de silicio con 2 micras de aluminio evaporado fueron preparados como cupones de prueba. Las obleas fueron sinterizadas a 200 ° C durante 2 horas para aumentar la adhesión del aluminio. Las obleas fueron dados luego en 1x1 cupones de prueba " . Los cupones de silicio se sembraron antes de la ICs individuales para analizar los procesos de galvanoplastia .
El proceso de pasos para la metalización ENIG menores de golpe se muestran en la Tabla 1. El primer paso es un grabado mediante plasma de oxígeno en un / plasma de argón . El grabado de plasma elimina sustancias orgánicas superficie. Los cupones se sumergen en un limpiador para eliminar posibles contaminaciones y ayudar el proceso de humectación . Un micro etch se utiliza para romper la capa de óxido y de quitar ningún componente de la aleación de la superficie del aluminio. Una inmersión en ácido nítrico re- forma la capa de óxido de aluminio y prepara el de aceptar el zinc . Un proceso de doble zincation se utiliza para obtener una capa de zinc uniforme ya fin de asegurar la máxima adherencia . Cada paso del proceso húmedo es seguido por un enjuague con agua desionizada . Los cupones de ensayo se sembraron con 4 micras de níquel y 0,05 a 0,1 micras de oro de inmersión. Los cupones también se prepararon con una micra de oro autocatalítica .
Cuadro 1: Las etapas de proceso .
Los cupones de ensayo se sembraron con cada una de las condiciones enumeradas en la Tabla 2. Cada cupón fue entonces el oro poste chocó con 40 golpes utilizando un F & K 6400 Alambre Bonder con los siguientes parámetros : 1 hilo de oro millones , tiempo = 30 , bono fuerza = 30, y el poder de ultrasonido = 110 . Los cupones se sometieron a un ensayo de corte morir con una Dage Serie 4000 Bondtester con los siguientes parámetros : la velocidad 15.00mil / s, 0.10mil cortante altura. Los parámetros se mantuvieron golpeando el consentimiento de todas las muestras en este experimento. Se decidió que 20 gramos de fuerza que constituyen el valor mínimo aceptable para un individuo la fuerza cortante perno tope . 20 g = pobre < , 20 - 40 g = aceptable y > = 40g buena . El cuadro 2 muestra una mala adherencia para el níquel fósforo 2-3 %, independientemente del espesor de oro. Para este caso no había adherencia mensurables en el níquel / interfaz de oro de inmersión. El 7-8 % de níquel y el fósforo 11-12% tienen pobres adherencia con el oro de inmersión , pero había muy buena adherencia con el oro grueso autocatalítica . Cupones de los dos procesos de recubrimiento que aprobó la " plateado como "prueba fueron sometidos a una inmersión térmica que consiste en 1 hora a 300 ° C seguido por 168 horas a 150 ° C. El níquel 7-8 % de fósforo , oro autocatalítico no mostró degradación en resistencia de la unión después de la temperatura de remojo. El níquel 11-12% de fósforo , oro autocatalítica mostró una pérdida de adherencia de los bonos , pero aún podría ser calificado de aceptable, como se muestra en la Tabla 3 . Los dos baños adecuados placas fueron investigadas y comparadas en la siguiente siembra pruebas. Figura 3 : IC -B. El níquel y espesores de oro fueron determinados utilizando SFT Seiko Instruments 7000 Fluorescencia de Rayos X Gauge . Las figuras 4 y 5 muestran una almohadilla de bonos , tanto antes como después de siembra , respectivamente. galjanoplastia desigual puede ocurrir si una capa no uniforme zincation se ha aplicado a la plataforma de bonos , como se muestra en la Figura 7 . Stud Oro Bumping Cuatro circuitos de cada proceso de enchapado de oro fueron poste chocó con los mismos parámetros que se utilizaron en los cartones de silicio de prueba. Figuras 10 , 11 y 12 muestran IC-A y las muestras de IC- B después de chocar montante de oro . Figura 11: IC- B después de un golpe brusco. Figura 12: Vista cercana de oro genealógicos protuberancias en IC- B . Después de la ebullición espárrago , las muestras de cada baño galvánico se sometieron a un ensayo térmico que consiste en 1 hora a 300 ° C y 168 horas a 150 ° C. Muere ensayo de corte lo realizó luego en " plateado como "muestras y el calor muestras tratadas . Veinte golpes montante de cada IC se corte a prueba . Figuras 13 y 14 muestran el valor medio de los ensayos de corte . Excelente bonos genealógicos tope se alcanzó en los procesos de galvanoplastia . Algunos disminución de la resistencia de la unión puede ser visto después de las muestras fueron expuestas a la prueba térmica Sin embargo , los puntos fuertes de bonos se mantuvo dentro de valores aceptables. Figura 14 : Resultados del Ensayo cortante de PEN 11-12% . Modos de fallo de los ensayos de corte se muestran en la Figura 15 . Tipo 1: fractura por cortante se encontraba en el bulto de oro ; Tipo 2: fractura por cortante a la protuberancia / interfaz de oro; Tipo 3: fractura por cortante a níquel / interfaz de oro, Tipo 4: fractura por cortante a níquel / interfaz de aluminio. Figuras 16 y 17 muestran el dado cortante tipos falla en la prueba . Como se observa en el gráfico de la figura 16 , la mayoría de las fallas en el PEN 7-8% se encuentran en el tope la espiga / interfaz de superficie de oro. El gráfico de la figura 17 muestra que la mayoría de los fracasos de bonos en el PEN 11-12% se produjo en el níquel interfaz de oro. No se observaron fallas en el níquel / interfaz de aluminio. Tipo 4 fracasos ocurrieron sólo en el 3.2 % de muestras PEN . Un crossection de una moneda 7-8 % de fósforo , oro inmersión / pad autocatalítica de bonos de oro se observó con un microscopio electrónico de barrido ( SEM). La morfología de níquel se observa que tienen una estructura de grano fino y la capa de oro es cristalina ( Figure18 ) . Un IC-A muestra fue flip chip adherido a un substrato de molibdeno chapado en oro . Figura 22 muestra una sección transversal de los dos enlaces genealógicos protuberancia que indica un accesorio de alta calidad de oro a oro. Referencias 1. Hashimoto , S., Kiso , M., Nakatani , S., Uyemmura , C., Gudeczauskas , D. (2001), Desarrollo de circuitos impresos IPC Expo 2001, IPC, Northbrook , Illinois, pp.S14 -3-1 . 2. Masayuki , K., Gudeczauskas , D. (1997) , Procedimientos IPC de circuitos impresos Expo 2001, IPC, San José, California, pp.S16 -1-1 . 3. Johal , K. Roberts , H., Lamprecht , S., Wunderlich , C., ANTM Simposio Pan-Pacific Resort Sheraton Kauai Microelectrónica , Kauai , Hawai, 25 hasta 27 en 2005 .
Los cupones de silicio fueron los primeros cortante probado ", como plateado. "Los resultados de corte se enumeran en tres categorías :
Cuadro 2 : Adhesión golpe Stud.
Cuadro 3: Ensayo de adhesión .
Hay dos tipos de IC fueron seleccionados para este experimento y se muestran en las Figuras 2 y 3. IC -A es un uso de regulador de voltaje tecnología bipolar . IC- B es un chip de memoria utilizando la tecnología C -MOS . Cada IC fue de un fabricante distinto. IC-A almohadillas de bonos son 100x100 micras y el aluminio es de 2 micras de espesor. La capa de pasivación es de 2 micrones. almohadillas de bonos IC- B son 125x125 micras y el aluminio es de 2 micras de espesor. La capa de pasivación es de 2 micrones.
Figura 2 : IC -A.
La espalda y los lados de cada CI fue cubierto con líquido para evitar la resistencia chapado no deseado en cualquier área metalizado , excepto las pastillas de bonos. El CI se ENIG plateado con el proceso que se muestra en la Tabla 1. capas de níquel electrolítico de 4 micras fueron depositadas sobre cada muestra . Los baños de níquel electrolítico que contiene , 7-8 % y 11-12% de fósforo se comparó . capas de oro de inmersión de 0,05 - 0,1 micrones se depositaron seguido de un depósito de 1 micrón de oro autocatalítica .
Las figuras 4 y 5: Antes de ENIG (izquierda ), después de ENIG (derecha).
Proceso de Cuestiones
Una serie de problemas de procesamiento fueron encontrados cuando los especímenes placas de CI. Como se mencionó anteriormente , la preparación de superficies es un paso crítico en la preparación del aluminio para el paso zincato . Además, el paso del grabado debe ser cuidadosamente controlado. La cantidad de tiempo para grabar y la concentración del ácido grabador son dictadas por la aleación de aluminio y espesor. La Figura 6 muestra las almohadillas de bonos que se han grabado más . Los pozos oscuros son en gran parte de cobre que se añade a la de aluminio para retardar la difusión de estado sólido de oro en aluminio.
Figura 6: El exceso de pastillas de ácido.
Figura 7: revestimiento desigual .
Sonda de marcas en las almohadillas de bonos también pueden presentar problemas de procesamiento . Figuras 8 muestra las marcas de la sonda antes y después de siembra .
Figura 8: Pastillas de antes de la siembra ( izquierda) y después de chapado ( derecha).
La figura 9 muestra un ejemplo de la siembra incompleta , es decir , algunas de las pastillas no gérmenes a todos. Algunos dispositivos internos de diodos de bloqueo integrado en el chip que separan la tierra y las almohadillas de los bonos de alimentación. Si el baño de recubrimiento tiene el derecho de la conductividad , una corriente se puede generar a través de estos diodos de bloqueo produce un potencial de voltaje suficiente para afectar el proceso de cromado para estas pastillas. Aislamiento de la parte posterior del chip del baño de recubrimiento puede aliviar este problema.
Figura 9: Ejemplo de un circuito bipolar exhiben placas incompleta.
Figura 10 : Ejemplo de IC- A después de un golpe brusco.
Resultados y Discusión
Figura 13 : Resultados del Ensayo cortante de PEN 7-8% .
Figura 15 : Tipos de fracaso.
Figura 16: tipos de corte de emergencia durante PEN 7-8% .
Figura 17: tipos de corte de emergencia durante PEN 11-12% .
Morfología fuerte
La rugosidad de la superficie se midió a través de 4 pastillas de bonos en IC- A y B- IC . Las mediciones se realizaron antes y después de la siembra ENIG utilizando un Veeco Dektak 6m Stylus Profiler. Como se muestra en el cuadro 3 , cada muestra fue ligeramente más suave después de la siembra .
Cuadro 4: La rugosidad superficial (AR).
Figura 18: Sección transversal de una almohadilla de bonos plateado.
Prueba de difusión térmica y Resultados
muestra de obleas de silicio fueron plateado con 4 micras de 7-8 % de níquel fósforo, 0,05 micrones de oro de inmersión y 1 micra de oro autocatalítica se sometieron a un ensayo térmico que consiste en 1-3 horas a 300 ° C y 168 horas a 150 ° C . Difusión térmica del níquel en el oro fue analizado por espectroscopía de energía dispersiva (EDS ) . La técnica de EDS no es cuantitativo y, por tanto , no es posible medir la cantidad de las especies en difusión (es decir , la cantidad de oro difundida en el níquel). Sin embargo , la longitud de difusión se puede medir. Los datos demuestran que no hubo difusión importante de oro en oa través del níquel. Figuras 19-21 muestran el análisis EDS de las muestras : Como chapa, 3 horas a 300 ° C y 168 horas en 150 ° C.
Figura 19: Como plateado.
Figura 20: Tres horas a 300 ° C.
Figura 21 : 168 horas a 150 ° C.
Figura 22: Sección transversal de la viruta de tirón IC .
Resumen de los resultados
Los resultados indicaron que un depósito de níquel de fósforo 7-8% resultó en una mayor seguridad después de remojar las pruebas de temperatura. En un documento publicado por Hashimoto et al. ( 2001 )[1 ] informó de que el contenido de fósforo en las películas preferidas de níquel fue de entre 6 y 8,5 . En este trabajo , se observó que en los niveles de fósforo bajo ( <7 % en peso ), el depósito de níquel electrolítico es microcristalina (estrés película a la tracción ) . Dado que el importe de los aumentos de aleación de fósforo , los cambios de microestructura para una mezcla de amorfos y microcristalinos fases, y finalmente a una fase totalmente amorfa (estrés película de compresión ) . Masayuki y al Gudeczauskas et . (1997) [2 ] También señaló que un yacimiento de níquel que contienen 7-8 % de fósforo es deseable cuando el oro chapado de inmersión .
Mala adherencia montante golpe el resultado de los depósitos ENIG con 2-3 % de fósforo . Después de remojar la temperatura , golpes montante de los depósitos realizados ENIG con 7-8 % y 11-12 % de fósforo mostraron una excelente adhesión cuando se utiliza con el oro grueso autocatalítica . Aunque el ENIG placas en las muestras con el níquel fósforo 11-12 % tenían fortalezas de bonos de alta , la mayoría de estos bonos no en la interfaz de oro -níquel , cuando cortante prueba. En el caso de las muestras de fósforo 7-8% , de corte fallas se produjeron en el golpe de interfaz almohadilla. Como ha señalado Johal , Roberts, Lamprecht y al Wunderlich et al. (2005) [3 ] , la tensión interna dentro de la película de yacimiento de níquel cambiará de tensión en el contenido de fósforo medio (7-9 % ) a la compresión en el (10-13 %) el contenido de fósforo . Una alta tensión de compresión en el níquel se posibilidad de producir un fallo en el estrés como una película de baja tensión no en la interfaz de oro y níquel .
Después de remojar la temperatura a 300 ° C durante 1 hora y 150 ° C durante 168 horas , el análisis EDS indicó que había poca o ninguna difusión apreciable de los átomos de oro hacia oa través de la película de níquel.
Este estudio indicó que ENIG galjanoplastia recetas y preparación previa a la placa IC se requieren en función del proceso de fabricación de CI (es decir, bipolar frente a CMOS y analógica y digital ) .
Conclusión
Las múltiples pruebas se llevaron a cabo para comparar el efecto del contenido de fósforo , la preparación pre - siembra y el espesor de oro en la fiabilidad de oro golpe perno de unión a temperaturas termocompresión . Los resultados indicaron que un depósito fiable ENIG se realizó mediante un 7-8% de fósforo de níquel con una capa de oro de espesor. Pre -galjanoplastia preparación morir fue altamente dependiente de la tecnología de dispositivos .
- Publicado con el permiso .-
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